کیوبیت چیست؟ آشنایی با قلب تپنده کامپیوترهای کوانتومی

کامپیوترهای کوانتومی از فناوری‌های نوظهور امروزی‌اند. از اساسی‌ترین پایه‌های این فناوری «کیوبیت» است که آن را واحد بنیادی اطلاعات در رایانش کوانتومی می‌نامند. در ادامه بیشتر درباره کیوبیت‌ها و تفاوت‌ آنها با بیت‌های کلاسیک که پایه‌های کامپیوترهای سنتی هستند صحبت می‌کنیم.

بیت‌های کوانتومی

کیوبیت (Qubit) نام کوتاه‌شده‌ «Quantum Bit»، کوچک‌ترین واحد اطلاعات در رایانش کوانتومی است. برخلاف بیت‌های کلاسیک که در یکی از ۲ حالت صفر یا یک قرار می‌گیرند، می‌توانند هم‌زمان ترکیبی از هر ۲ حالت باشند؛ ویژگی که به آن برهم‌نهی یا «Superposition» می‌گویند و نسبت به مدل‌های کلاسیک اطلاعات بسیار بیشتری در بر می‌گیرند.

دیگر ویژگی‌ شگفت‌انگیز کیوبیت‌ها درهم‌تنیدگی یا «Entanglement» نام دارد. درهم‌تنیدگی به حالتی می‌گویند که ۲ یا چند کیوبیت به گونه‌ای با هم ارتباط دارند که وضعیت یکی از آنها بلافاصله بر وضعیت دیگری تأثیر می‌گذارد؛ حتی اگر کیلومترها از هم فاصله داشته باشند. این پدیده به کامپیوترهای کوانتومی امکان می‌دهد محاسبات پیچیده‌ای را که برای کامپیوترهای کلاسیک غیرممکن یا بسیار زمان‌بر است، در زمانی بسیار کوتاه انجام دهند.

از طرفی، حالت‌های گوناگون کیوبیت‌ها با بردارهای دوبعدی به نام «حالت کوانتومی» توصیف می‌شوند که برخلاف بیت، می‌توانند در بی‌نهایت حالت مختلف قرار بگیرند. همین موضوع باعث شده کیوبیت نه‌فقط ابزار محاسباتی، بلکه نمادی از دنیای عجیب و پنهان کوانتوم باشد.

علاوه‌براین، کیوبیت‌ها ابزار کاربردی‌اند که نوید انقلاب در حوزه‌های مختلف را می‌دهند؛ از رمزنگاری کوانتومی گرفته تا شبیه‌سازی دقیق مولکول‌ها در علوم پایه، ساده‌سازی مسائل پیچیده و البته هوش مصنوعی. در واقع بخش عمده قدرت کامپیوترهای کوانتومی به کیوبیت‌ها ارتباط دارد و آنها سرعت اجرای دستورات و تحلیل هم‌زمان حالات گوناگون را ممکن می‌کنند.

برای پیاده‌‌کردن کیوبیت، دانشمندان سیستم‌های فیزیکی متفاوتی به کار می‌گیرند؛ از یون‌های به‌دام‌افتاده تا ابررساناها و نقطه‌های کوانتومی. هریک از این روش‌ها مزایا و چالش‌های خاص خودشان را دارند اما همگی درنهایت تلاش می‌کنند حالات کوانتومی را با دقت بالا کنترل و اندازه‌گیری کنند. موضوعی که به‌شدت حساس و پیچیده است؛ زیرا کوچک‌ترین اختلال محیطی می‌تواند باعث ازبین‌رفتن اطلاعات کیوبیتی شود؛ پدیده‌ای که آن را «Decoherence» می‌نامند.